ТЕМА 3. Часть 1. Функционирование и развитие геосферы и географической оболочки понятие о геосфере. Планетарно

• Название: Функционирование и развитие геосферы и географической оболочки понятие о геосфере. Планетарно
• Дата: 03.03.2023
• Размер: 0.79 Mb.
• Имя файла: ТЕМА 3. Часть 1.docx
• Тип: Документы; #966932

3. ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ И РАЗВИТИЕ ГЕОСФЕРЫ И ГЕОГРАФИЧЕСКОЙ ОБОЛОЧКИ
3.1. Понятие о геосфере. Планетарно-космические факторы формирования и развития геосферы
Географическая сфера – это внешняя сфера нашей планеты, охватывающая земную кору (до границы Мохоровичича или Мохо), нижнюю атмосферу с озоновым слоем, гидросферу и биосферу, которые проникают друг в друга и тесно взаимодействуют между собой путем обмена веществом и энергией. Геосфера представляет собой целостную, саморазвивающуюся открытую систему, находящуюся в подвижном равновесии.

Геосфера находится на границе раздела между недрами Земли и космоса.

Из Космоса в геосферу поступает 4000 условных единиц энергии (преимущественно из Солнца), тогда как из недр Земли – только 1 единица (рис. 3.1).
К осмос – 4000 ед.


Недра – 1 ед.
Рис. 3.1. Поступление в геосферу энергии из Космоса и недр Земли

(за 1 ед. энергии принята энергия земных недр)
Вертикальная протяженность геосферы определяется глубиной залегания нижней границы земной коры (от 2 до 100 км ниже уровня океана). Нижняя граница геосферы – граница Мохо, располагается непосредственно сразу под земной корой. Верхняя граница четко фиксируется озоновым слоем на высоте 28-30 км. Следовательно, мощность геосферы изменяется от 30-35 км над областями срединно-океанических хребтов до 130 км над крупными горными сооружениями материков.

Возникновение и зонально - региональный характер развития геосферы обусловлены рядом планетарно-космических факторов.

1. Масса Земли 5976 х 10¹⁸ тонн с уникальным химическим составом.

2. Форма Земли (шар – эллипсоид - геоид). Средний радиус 6371 км, который сокращается в среднем на 4 см в 100 лет.

3. Гравитационные силы, удерживающие тела на поверхности планеты; следствие этих сил - ускорение свободного падения, которое равно 9.8 м/с². Гравитационные силы во многом определяют своеобразие рельефа поверхности Земли. В частности, высочайшая вершина на Земле имеет абсолютную высоту 8892 метра. На Марсе с меньшей силой тяжести высочайшая вершина, гора Олимп, имеет высоту 27 километров.

4. Расположение Земли в Солнечной системе на среднем расстоянии от Солнца 149,5 млн. км, что определяет величину солнечной постоянной 8,198 дж/см² мин.

5. Движение Земли вокруг Солнца по эллиптической орбите со скоростью 29,76 км/с (что определяет продолжительность года) и вращение Земли вокруг собственной оси за 23 часа 56 минут 40 секунд.

6. Наклон оси Земли к плоскости эклиптики на 66º33’22”. Следствием а) наклона оси Земли к плоскости эклиптики и б) вращения Земли вокруг собственной оси является Кориолисово ускорение, отклоняющее все движущиеся тела в северном полушарии вправо, а в южном – влево.

7. Движение Солнечной системы по галактической орбите со скоростью 250 км/с. Один галактический год для Солнечной системы равен 200 млн. лет. Обнаружена определенная цикличность природных процессов на Земле, в частности, эпох горообразования с ритмами, соответствующим 200 млн. лет, т.е. 1 галактическому году. Существует гипотеза, согласно которой, Солнечная система время от времени проходит сквозь галактические пояса с высоким содержанием межзвездной пыли и газа. Считается, что тогда происходит уменьшение притока солнечной радиации и возникают ледниковые периоды.

8. Порядок расположения планет с их определенными массами в Солнечной системе, что вызывает периодические возмущения Солнечной активности, которые, в свою очередь, определяют ритмы биосферы. Одна из версий: когда планеты, совершая обороты вокруг Солнца, собираются компактно, их гравитационные поля интенсивно воздействуют на Солнце. Вслед за этим происходит возникновение солнечных пятен, связанные с ними факелы и протуберанцы выбрасывают в Космос сгустки плазмы, образующей «Солнечный ветер» – происходят магнитные бури на Земле – начинается активизация жизненных процессов у микроорганизмов и вирусов, их интенсивное размножение, возникают эпидемии и пандемии, влияющие на живое вещество и его эволюцию.

9. Наличие спутника – Луны (масса 735 х 10¹⁷ тонн, среднее расстояние от Земли 384000 км). Луна вызывает приливные – отливные движения на Земле и формирует некоторые биоритмы.

10. Возраст Земли как планеты, который оценивается в 4,7 млрд. лет.
3.2. Понятие о географической оболочке.

Свойства географической оболочки

(общие географические закономерности)
В пределах геосферы выделяется ландшафтообразующий слой, который называется ландшафтной или географической оболочкой. Это пространство наиболее интенсивного взаимодействия вещества и энергии между компонентами природной среды. Некоторые ученые предлагали устанавливать вертикальные границы географической оболочки по пространству между максимальными высотами и глубинами обнаружения живых организмов. Жизнеспособные микроорганизмы обнаружены при температуре - 196⁰ С на высоте 84 км от поверхности Земли, а другие - в нефтяных горизонтах на глубинах 3-4 км в условиях высоких (+300⁰ С) температур и давлений (до 250 атмосфер). Правильнее вертикальную протяженность географической оболочки определять пространством между максимальной высотой полета птиц (10 км, высота тропосферы) и нижней границей зоны выветривания горных пород кайнозойской эры (первые десятки метров рыхлых отложений, являющихся почвообразующими породами современных почв на большей части материковой и островной суши Земли.

Географическая оболочка характеризуется рядом универсальных свойств или общими географическими закономерностями.

Зональность географической оболочки обусловлена неравномерным поступлением солнечной радиации на поверхность шарообразной Земли, что привело к формированию географических поясов и зон.

Азональность обусловлена неравномерным распределением на земной поверхности суши и океана, разнообразием рельефа суши, площадью материков. Близость – удаленность от океана в сочетании с наличием орографических барьеров на пути перемещения воздушных масс сформировали географические сектора в пределах однотипных географических поясов. Например, в умеренном поясе Евразии выделяются сектора: приатлантический морской, умеренно-континентальный, резко континентальный, дальневосточный муссонный.

Полярная асимметрия, в первую очередь, обусловлена неравномерным распределением материковой суши по широтам.

Схема гипотетического материка говорит о том, что строгой симметрии в зональности северного и южного полушарий не наблюдается.

1. В северном полушарии суша составляет 39,4 % всей поверхности, а в южном – 19 %.

2. Самые высокие показатели поглощения солнечной радиации соответствуют 10 градусу северной широты.

3. Термический экватор сезонно перемещается между географическим экватором и 15-16 градусами северной широты. Его среднее положение – 5-8 градусы северной широты.

4. Центры субтропических максимумов перемещаются от сезона к сезону в северном полушарии между 32 и 36 градусами северной широты (среднее положение на 34-м градусе северной широты), а в южном – между 28 и 32 градусами широты (среднее положение на 30-м градусе южной широты).

5. Среднеширотное положение всех географических поясов южного полушария на 4-5 градусов меньше, чем поясов северного полушария.

6. Современное оледенение южного полушария по площади в 4 раза, а по объему в 6 раз больше оледенения северного полушария. Покровное оледенение Антарктиды и океаничность окружающих пространств обостряют фронтальную деятельность и способствуют образованию циклонов. Вокруг Антарктиды вдоль южного полярного круга постоянно находится область пониженного давления – дорога циклонов. Между дорогой циклонов и областью высокого давления тропиков лежит сплошное кольцо «ревущих сороковых».

Асимметрия географической оболочки была еще сильнее выражена во время четвертичных оледенений, когда шельф становился сушей, из-за чего материковость северного полушария становилась еще более выразительной.

Ритмика процессов в географической оболочке обусловлена Солнечно-Земными и Лунно-Земными связями в результате вращения Земли и Луны.

Ритмика географических процессов имеет различную продолжительность.

Приливно-отливные процессы повторяются 2 раза в сутки (12-часовая ритмика).

Суточная ритмика процессов обусловлена вращением Земли вокруг своей оси (смена дня и ночи). Днем активен фотосинтез. Ночью происходит накопление СО₂ за счет дыхания корней растений и других организмов.

Циклы солнечной активности и магнитные бури могут происходить с периодичностью 4-5 раз в месяц.

Сезонная ритмика процессов в ходе годового движения Земли вокруг Солнца связана с изменением положения географических поясов.

11-летняя ритмика процессов обусловлена ритмичностью солнечной активности и предположительно связана с периодом обращения вокруг Солнца самой большой планеты Солнечной системы – Юпитера.

В биосфере также выявлены вековые и тысячелетние циклы изменения природных условий и процессов.
3.3. Изменение во времени литосферы
Земная кора образована горными породами разного состава. Геохимический анализ показывает наличие в земной коре 93 химических элементов. Наиболее распространены (%): О —47,2; Si —27,6; Al — 8,3; Fe —5,1; Ca — 3,6; Na — 2,64; К — 2,6; Mg — 2,1; Ti — 0,6; Н — 0,15; С — 0,1. На долю этих 11 элементов приходится 99,99% массы земной коры, все остальные 82 элемента в общей сумме дают не более 0,01 % массы. По сравнению с мантией и тем более ядром Земли земная кора «легче» — в ней меньше содержание железа, магния, никеля, хрома, кобальта.

Геологическая наука никогда, даже на самом раннем этапе своего развития, не рассматривала материки как неподвижную «твердь земную». Однако длительное время господствовали представления о ведущей роли в жизни Земли вертикальных движений, горизонтальные признавались незначительными и производными от вертикальных. Это направление в геотектонике получило название фиксизма (от лат. fixus — неподвижный).
Идеи фиксизма были поколеблены публикациями американского геолога Ф. Тейлора в 1910 г. и немецкого геофизика А. Вегенера в 1912 г. о значительных горизонтальных перемещениях — дрейфе материков. Эти работы положили начало другому важнейшему направлению в геотектонике — мобилизму (от лат. mobilis — подвижный). Гипотеза дрейфа материков стала очень популярной после выхода в свет в 1920 г. книги А. Вегенера «Возникновение материков и океанов». Она давала удовлетворительное объяснение таким фактам, как совместимость очертаний Южной Америки и Африки; сходство геологического строения Южной Америки, Африки, Индостана, Австралии; наличие некоторых общих черт в составе ископаемой и современной флоры и фауны разных материков. Но эта гипотеза не раскрывала самого механизма крупных горизонтальных перемещений материков, поэтому вскоре подверглась серьезной критике. В 60-х годах идеи мобилизма получили дальнейшее развитие в гипотезе новой глобальной тектоники, или тектоники литосферных плит, обусловленной механизмом конвекционных «течений» подкорового вещества. Эта гипотеза была высказана группой американских геологов (Г. Хесс, Р. Диц, К. Ле Пишон, Б. Айзеке и др.). Появление ее стало возможным после открытия общепланетарной системы срединно-океанических хребтов. В основе этой теории лежит представление о продолжающейся гравитационной дифференциации внутреннего вещества Земли, в результате которой легкие фракции, подобно шлаку в доменном производстве, поднимаются вверх, а тяжелые опускаются вниз, наращивая металлизированное ядро (рис. 3.2.).

Рис. 3.2. Схема продолжающейся гравитационной дифференциации вещества Земли.

ТФ – тяжелые фракции, ЛФ – легкие фракции
Согласно В.Е. Хаину, геологическая история свидетельствует о пульсационном развитии нашей планеты, о чередовании фаз сжатия и расширения при ведущей роли прогрессирующего сжатия, которое обусловлено гравитационным уплотнением внутреннего вещества вращающейся Земли и выделением из ее недр тепла, водяных паров и газов.

Геологи полагают, что праматерик Пангея по Средиземному поясу раскололся на Лавразию и Гондвану около 1 млрд лет назад. Впоследствии эти два праматерика то сближались друг к другу, то отдалялись. Гондвана в интервале времени 180-70 миллионов лет назад последовательно раскалывалась на фрагменты, образовав Австралию, Бразилию, Антарктиду, Африку, Аравию, Индостан. Лавразия 180-150 миллионов лет назад расчленилась на Северную Америку и Евразию.

Согласно концепции литосферной тектоники плит, земная кора разбита глубинными разломами на крупные блоки – литосферные плиты, которые движутся в горизонтальном направлении со скоростями 5-10 см/год. Крупных литосферных плит 7: Тихоокеанская, Евразийская, Африканская, Индийская, Антарктическая, Североамериканская и Южноамериканская. Движение плит осуществляется благодаря конвекционным течениям, поднимающим вещество в районах океанических рифтов, а также благодаря погружению расплавленных веществ в местах столкновения легкой океанической литосферы с тяжелой и более мощной материковой (рис. 3.3).

Рис. 3.3. Общая схема литосферной тектоники плит
В рифтовых зонах срединно-океанских хребтов магма легко прорывает тонкую и слабую осадочную кору и раздвигает плиты в стороны со скоростью 2-6 см/год. Процесс раздвижения литосферных плит называется спредингом.

Края океанических плит, наталкиваясь на более толстые континентальные плиты, заглубляются под них под углом около 45 градусов, что сопровождается вулканизмом, землетрясениями, горообразованием. Процесс погружения океанической литосферы под материковую называется субдукцией.

В рифтовых зонах зарождения океанической коры и в зонах погружения океанических плит расположено более 800 действующих вулканов. В рифтовых зонах извергаются преимущественно базальты (основные породы), вблизи глубоководных желобов – граниты, андезиты, дациты (кислые породы).

С каждым циклом горообразования на Земле (а их на протяжении только последних 450 миллионов лет было 4) материковые платформы становились обширнее и прочнее, геосинклинали сужались, океан углублялся, а горы повышались. Происходило изменение соотношения океанических и континентальных осадков в сторону возрастания роли материкового седиментогенеза и ослабления океанического (рис. 3.4), изменялось соотношение площадей геосинклиналей и платформ (рис. 3.5).

Океанические осадки








Континенталь-ные осадки

2,5 млрд. л.н. 0 л.н. будущее
Рис. 3.4. Схема трендов изменения во времени объема океанических

и материковых осадков

Рис. 3.5. Общая тенденция сокращения во времени площади геосинклиналей

и роста площади платформ в пределах современных материков Земли

(по А.Б. Ронову, 1978)


Вопросы для повторения и закрепления материала

1. 
   Какие оболочки (сферы) Земли полностью входят в состав геосферы? Как вы понимаете саморазвитие, открытость и подвижное равновесие геосферы?
   
2. 
   Произведите расстановку планетарно-космических факторов формирования и развития геосферы в порядке расширения пространства рассматриваемых явлений, а при рассмотрении Земли как планеты – от ее физических параметров к орбитальным, а затем – к категории времени.
   
3. 
   В чем сходство и отличие между геосферой и географической оболочкой?
   
4. 
   Какие общие географические закономерности определяются: а) формой Земли; б) орбитальными параметрами Земли; в) неоднородностью литосферы?
   
5. 
   Как закон сохранения вещества и энергии отразился в развитии литосферы? Дайте краткое определение направлений фиксизма и мобилизма в геотектонике.